JP3480192B2 - Ｘｙステージの位置決め装置 - Google Patents
Ｘｙステージの位置決め装置Info
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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- Machine Tool Units (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、逐次露光方式の露
光機等に使用されるＸＹステージの位置決め装置に関
し、特に本発明は、長ストロークを高精度に位置決めす
ることができるＸＹステージの位置決め装置に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】レジストを塗布したワーク上の複数の露
光区域にマスクパターンを投影して各露光区域を露光す
るため、ワークステージを移動させながら、ワークステ
ージ上に載置されたワークの各露光区域を逐次露光して
いく逐次露光が行われる。上記逐次露光において、ワー
クを第１回目に露光する際、すなわち、アライメント・
マークもマスクパターンも露光されていないワークを露
光するとき、図８に示すように、ワークＷ上の各露光区
域Ｒ１，Ｒ２，…のピッチが所定の精度内に入っている
ことが要求される。一回目の露光における上記ピッチの
精度は、第２回目以降の露光の精度に影響するので、上
記ピッチ精度も第２回目以降の露光の精度と同程度にす
る必要があり、上記ピッチ精度としては±１μｍ程度の
精度が要求される。このため、ワークを載置するワーク
ステージも上記精度内で位置決めすることが必要とな
る。 【０００３】図８は上記逐次露光方式の露光機等に使用
されるワークステージの概略構成を示す図である。同図
において、１は基台であり、基台１の上にガイド２を介
してＹステージ１２が移動可能に取り付けられており、
Ｙステージ１２の上にガイド３を介してＸステージ１１
が移動可能に取り付けられている。さらに、Ｘステージ
１１の上にθステージ１３が回転可能に取り付けられて
いる。 【０００４】４はボールネジ、５，６は駆動モータ、
７，８は駆動モータ５，６の回転量を検出するエンコー
ダであり、ボールネジ４はＸ，Ｙステージ１１，１２に
取り付けられたハウジング部材９と係合している。駆動
モータ６が回転すると、Ｙステージ１２がＹ方向に移動
し、また、駆動モータ５が回転するとＸステージ１１が
Ｘ方向に移動する。また、θステージ１３は図示しない
駆動手段によりＸステージ１１上で回転する。また、駆
動モータ５，６の回転量はエンコーダ７，８により検出
され、図示しない制御部にフィードバックされ、制御部
は上記エンコーダ７，８により検出された駆動モータ
５，６の回転量により、上記Ｘ，Ｙステージ１１，１２
の位置を制御する。 【０００５】上記したワークステージにおいて、必要な
ピッチ精度を確保するには、Ｘ，Ｙステージ１１，１２
の位置決め精度を向上させる必要がある。このため、従
来においては、次のような方法が採られていた。 （１）Ｘ，Ｙステージ１１，１２を移動させるボールネ
ジ４やガイド２，３等の送り機構の加工精度を上げて、
Ｘ，Ｙステージ１１，１２の移動精度を機械的に向上さ
せる。これにより、駆動モータ５，６の回転量に対応し
た量だけＸ，Ｙステージ１１，１２を精度よく移動させ
ることができ、駆動モータ５，６の回転量をエンコーダ
７，８により検出してフィードバック制御すれば、ワー
クステージの高精度な位置決めを実現することができ
る。 【０００６】（２）レーザ干渉計や測長ユニットを取り
付けるなどしてワークステージの高精度な位置測定を行
い、必要な精度を確保する。図９は上記レーザ干渉測長
計を用いたワークステージの位置測定方法を示す図であ
り、同図において、１０はワークステージ（同図では、
図８示したＸ，Ｙ，θステージ１１，１２，１３をまと
めてワークステージ１０として示している）であり、ワ
ークステージ１０にはミラー５１が取り付けられ、ミラ
ー５１はワークステージ１０とともに移動する。 【０００７】１は基台、５２はレーザ干渉測長器であ
り、レーザ干渉測長器から照射されるレーザビームは、
ビームスプリッタ５４、ミラー５３を介してミラー５１
で反射し、レーザ干渉測長器５２に戻り、レーザ干渉測
長器５２は照射光と反射光との関係からミラー５３とミ
ラー５１間の距離ｘ、即ちワークステージ１０のＸ軸方
向の距離を得る。また、レーザ干渉測長器５２から照射
されるレーザ光は、ビームスプリッタ５４→ビームスプ
リッタ５５を介してミラー５１で反射し、レーザ干渉測
長器５２に戻るとともに、ミラー５６を介してミラー５
１で反射し、レーザ干渉測長器５２に戻る。そして、レ
ーザ干渉測長器５２はビームスプリッタ５５とミラー５
１間の距離ｙ１、および、ミラー５６とミラー５１間の
距離ｙ２を検出し、ワークステージのＹ方向の距離を得
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した
（１）の方法で位置決め精度に上げるには次のような問
題がある。 高精度な部品を使用する必要があり、また組み立て
に精度が要求され、価格が高価になるとともに、組み立
て工数が増える。 温度変化等の影響により精度の保証が難しい。 エンコーダを設けて駆動モータの回転量を検出して
フィードバック制御をしているが、直接Ｘ，Ｙステージ
の位置を検出していないので、Ｘ，Ｙステージ位置を確
認することができない。 【０００９】また、上記（２）の方法を用いれば、０．
１μｍ程度の高精度でワークステージを位置決めするこ
とができるが、次のような問題点がある。 レーザ干渉測長器は高価なので装置が高価格とな
る。 装置の構成が複雑化する。また、光軸の調整が必要
など、メインテナンス作業が難しくなる。 本発明は上記した従来技術の問題点を考慮してなされた
ものであって、高価な測長手段を使用したり、機械的な
加工精度を上げることなく高精度な位置決めを行うこと
ができるＸＹステージの位置決め装置を提供することで
ある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、１方向にみに移動可能な第１の
ステージと、上記第１のステージを駆動する第１のステ
ージ駆動手段と、上記第１のステージ上に載置され、第
１のステージの移動方向と直交する方向に移動する第２
のステージと、上記第２のステージを駆動する第２のス
テージ駆動手段と、上記第２のステージの裏面に設けら
れ、その表面に碁盤状に設けられた複数の位置決め用マ
ークを有する板状部材と、上記位置決め用マークを検出
する検出手段と、上記第１，２のステージ駆動手段によ
り上記第１，２のステージを移動させ、第１，２のステ
ージを位置決めする制御部とからＸＹステージの位置決
め装置を構成する。そして、上記制御部が、上記第１，
第２のステージが初期位置にあるとき、上記検出手段に
より検出された位置決め用マークの位置を記憶し、上記
第１，２のステージ駆動手段により上記第１，第２のス
テージを所定量移動させたのち、上記検出手段により検
出された位置決め用マークの位置を記憶し、上記碁盤目
状に設けられた複数の位置決め用マーク間の距離と、上
記所定の移動量から移動後に位置決め用マークが位置す
べき位置を演算し、該演算により求めた位置決め用マー
クが位置すべき位置に、移動後に検出された位置決め用
マークが位置するように、上記第１，２のステージ駆動
手段により上記第１，２のステージを移動させる。 【００１１】本発明においては、上記のように、第１の
ステージの裏面に位置決め用マークを全面に設けた板状
部材を取り付けるとともに、上記位置決め用マークの位
置を検出する検出手段を設け、第１、第２のステージを
所定量移動させたのち、上記位置決め用スケール板に設
けられた位置決め用マークの位置を上記検出手段で検出
し、検出結果に基づき位置ずれを補正するように構成し
たので、前記した高価なレーザ干渉測長器を使用するこ
となく、第１、第２のステージを高精度に位置決めする
ことができる。また、第１、第２のステージの粗移動精
度としては、目的とする位置決め用マークが検出手段の
視野からはずれない程度の精度であればよいので、第
１，第２のステージを移動させるボールネジやガイド等
の送り機構に高精度な部品を使用する必要がなく、価格
を低減化することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例のワークス
テージの全体構成を示す図である。同図（ａ）は本実施
例のワークステージの斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図を示しており、同図では、Ｘ，Ｙステージを
駆動する駆動モータ等の駆動機構は省略されているが、
前記図８と同様な駆動機構を備えている。 【００１３】図１において、１は基台、１１はＸステー
ジ、１２はＹステージ、１３はθステージであり、前記
したように、基台１上にＹステージ１２がガイド２を介
して移動可能に取り付けられており、Ｙステージ１２の
上にガイド３を介してＸステージ１１が移動可能に取り
付けられている。さらに、Ｘステージ１１の上にθステ
ージ１３が回転可能に取り付けられている。そして、
Ｘ，Ｙステージ１１，１２は図示しない駆動モータによ
り駆動されて同図矢印のＸ，Ｙ方向に移動し、θステー
ジ１３は図示しない駆動モータにより駆動されて回転す
る。また、上記駆動モータの回転量は、各駆動モータに
取り付けられたエンコーダ（図示せず）により検出さ
れ、後述する制御部にフィードバックされる。 【００１４】本実施例のＸ，Ｙステージ１１，１２はそ
の中央部に空間部が設けられており、θステージ１３の
裏面には、位置決め用スケール板２１が取り付けられて
いる。また、上記位置決め用スケール板２１に対向し
て、Ｘ，Ｙステージ１１，１２の下側に、上記位置決め
用スケール板２１上に印された位置決め用マークを検出
するための検出装置２２が取り付けられている。検出装
置２２は光源２２ａと、ＣＣＤ等から構成される受像素
子２２ｂと、ハーフミラー２２ｄと、レンズ２２ｃから
構成されており、光源２２ａから出た光はハーフミラー
２２ｄ、レンズ２２ｃを介して位置決め用スケール板２
１に照射される。そして、その反射光がレンズ２２ｃ、
ハーフミラー２２ｄを介して受像素子２２ｂに入射す
る。 【００１５】上記検出装置２２の倍率は、要求される位
置決め精度により定まり、例えば、±１μｍ程度の位置
決め精度の場合には、１０倍（受像素子２２ｂにより受
像される画面が５００μｍ角）程度とするのが望まし
い。なお、同図では検出装置２２を１つ設ける場合を示
しているが、複数の検出装置を設けることができ、後述
するように検出装置に数に応じて位置決め用スケール板
２１の大きさを小さくすることができる。 【００１６】図２は本実施例のワークステージを制御す
る制御部の構成を示す図であり、同図において、２２ｂ
は上記した受像素子であり、受像素子２２ｂにより受像
された画像は画像処理装置３０で処理されモニタ３１に
表示される。コントローラ３２は上記受像素子２２ｂに
より受像された位置決め用マーク像の位置に応じて、
Ｘ，Ｙ，θステージ１１，１２，１３を駆動するための
制御信号をＸステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動
機構３３ｂ、θステージ駆動機構３３ｃに与える。 【００１７】Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆
動機構３３ｂ、θステージ駆動機構３３ｃは、前記した
Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、θステージ１３を駆
動する駆動モータを含み、コントローラ３２から与えら
れる制御信号に応じて該駆動モータが駆動され、Ｘステ
ージ１１、Ｙステージ１２、θステージ１３が所定の位
置、角度に位置決めされる。また、上記駆動モータの回
転量はエンコーダ３４ａ，３４ｂ，３４ｃにより検出さ
れコントローラ３２にフィードバックされる。 【００１８】図３は上記位置決め用スケール板２１に印
された位置決め用マークの一例を示す図であり、位置決
め用スケール板２１には同図に示すように、その全面に
所定のピッチＸp ，Ｙp で位置決め用マークが印されて
いる。位置決め用スケール板２１は温度変化の影響が小
さい石英マスクを用いるのが望ましく、上記位置決め用
マークは電子線描画装置等を用いて正確なピッチで描画
される。なお、位置決め用マークは、同図に示すように
同一のマークでよく、位置を特定できるものであればど
のような形状のマークを使用してもよい。 【００１９】図４は検出装置２２により検出されモニタ
３１の画面上に表示された位置決め用マークを示す図で
ある。位置決め用マークのピッチＸp ，Ｙp は、同図に
示すように、モニタ３１の画角（縦横の長さ）に対して
３／４程度（例えば２００μｍのピッチ）に設定するの
が望ましく、また、位置決め用マークの大きさｘ，ｙは
上記画角の１／１０〜１／２０が望ましい。 【００２０】本発明のＸＹステージ装置は、図４に示す
ようにモニタ３１の画面上に表示される位置決め用マー
クの位置からＸＹステージの位置決めを行うので、上記
位置決め用マークをサーチする際、上記モニタ画面の中
に必要なマークが入ることが最低の必要条件となる。こ
のため、本実施例のＸＹステージの粗移動精度（直進
度、ヨーイング、ウェービング等の幾つかの要求精度を
全て含んだ位置決め精度）として、モニタ３１の画角の
１／１０程度が要求される。 【００２１】次に、本実施例のＸＹステージによるＸ，
Ｙ方向の位置決めの手順を、前記したワークの各露光区
域（以下、各露光区域をサイトという）を逐次露光して
いく逐次露光に適用した場合について説明する。なお、
以下の説明は、ワークに第１回目の露光をする場合（ワ
ーク上にアライメント・マークもマスクパターンも露光
されていないワークに露光する場合）の手順である。 【００２２】（１）図２に示したＸステージ駆動機構３
３ａ、Ｙステージ駆動機構３３ｂによりＸ，Ｙステージ
を駆動し、図１に示したθステージ１３をエンコーダ３
４ａ，３４ｂにより定まる初期位置に移動させる。 （２）θステージ１３上にワークを載置し、図示しない
露光光照射装置からマスクパターンが設けられたマスク
を介して露光光をワークに照射し、ワークの最初のサイ
トを露光する。このとき、検出装置２２により位置決め
用スケール板２１上の位置決め用マークを検出する。 【００２３】（３）図１に示した検出装置２２の受像素
子２２ｂにより受像された画像を図２に示した画像処理
装置３０に送って処理し、モニタ３１に表示する。モニ
タ３１には、例えば、図５（ａ）に示すように位置決め
用スケール板２１上の位置決め用マークが表示される。
画像処理装置３０は上記位置決め用マークのモニタ３１
上の位置（Ｘ0 ，Ｙ0 ）を記憶する。 （４）ワークの次のサイトが露光位置にくるように、Ｘ
ステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機構３３ｂに
より所定移動距離（Ｘ，Ｙ）だけＸ，Ｙステージ１１，
１２を移動させる。Ｘ，Ｙステージ１１，１２の駆動量
は前記したエンコーダ３４ａ，３４ｂにより検出され、
コントローラ３２はエンコーダ３４ａ，３４ｂのカウン
ト値が上記所定移動距離（Ｘ，Ｙ）に対応した値になる
ように、Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機
構３３ｂを駆動する。 【００２４】（５）検出装置２２により位置決め用スケ
ール板２１上の位置決め用マークを検出し受像素子２２
ｂにより受像された画像を画像処理装置３０に送って処
理し、モニタ３１に表示する。ここで、Ｘ，Ｙステージ
１１，１２の移動量は、Ｘ，Ｙステージ１１，１２を送
るボールネジ等による粗移動精度によるズレ（モニタ３
１の画角の１／１０程度）を含むので、図５（ｂ）に示
すように、モニタ３１の画面上の位置決め用マークの位
置（Ｘreal，Ｙreal）は、本来あるべき位置（ＸCOM ，
ＹCOM ）（同図の点線で示したマーク）に対してずれ
る。画像処理装置３０は上記位置決め用マークのモニタ
３１上の位置（Ｘreal，Ｙ real）を記憶する。なお、位
置決め用マークが所定のピッチ（Ｘp ，Ｙp ）で正確に
描かれているとすると、モニタ３１に表示される位置決
め用マークの位置は、設計値±粗移動精度内の範囲に入
り、粗移動精度を前記したようにモニタ３１の画角の１
／１０程度にすれば、位置決め用マークがモニタ３１の
画角から外れることはない。 【００２５】（６）上記所定移動距離（Ｘ，Ｙ）と、位
置決め用マークピッチ（Ｘp ，Ｙp ）、上記初期位置
（Ｘ0 ，Ｙ0 ）とから、位置決め用マークが本来あるべ
き位置（ＸCOM ，ＹCOM ）を画像処理装置３０により算
出する。図６は、上記位置決め用マークが本来あるべき
位置（ＸCOM ，ＹCOM ）を求める方法を説明する図であ
り、例えば、所定移動距離（Ｘ，Ｙ）＝７００、位置決
め用マークピッチ（Ｘp ，Ｙp ）＝２００のとき、初期
位置（Ｘ0 ，Ｙ0 ）と位置決め用マークが本来あるべき
位置（ＸCOM ，ＹCOM ）のズレ量は１００なので、該位
置（ＸCOM ，ＹCOM ）は同図に示すようになる。 【００２６】（７）モニタ３１上の位置決め用マークが
上記本来あるべき位置（ＸCOM ，ＹCO M ）に一致するよ
うに、Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機構
３３ｂによりＸ，Ｙステージ１１，１２を移動させる。 （８）図示しない露光光照射装置からマスクパターンが
設けられたマスクを介して露光光をワークに照射し、ワ
ークの次のサイトを露光する。 以下、上記（４）〜（７）の処理を繰り返し、ワークの
各サイトを逐次露光する。 【００２７】なお、モニタ３１に表示された位置決め用
マークの位置を、受像素子２２ｂの画素で決まるピクセ
ル値で補正すれば、Ｘ，Ｙステージ１１，１２を上記位
置決め用マークのピッチ（Ｘp ，Ｙp ）以下の精度で位
置決めすることができる。また、位置決め用スケール板
２１上の位置決め用マークのピッチ精度が悪い場合に
は、上記位置決め用スケール板２１に対して、本出願人
が先に提案した特願平６−１１７８７１号に示した方法
でマッピングキャリブレーションを行えばよい。 【００２８】次に、上記検出装置２２の数とスケール板
２１の大きさの関係について説明する。図７は上記関係
を示す図であり、同図（ａ）は検出装置２２を１個設け
た場合に必要とされる位置決め用スケール板２１の大き
さ、同図（ｂ）は検出装置２２を２個設けた場合に必要
とされる位置決め用スケール板２１の大きさを示してお
り、同図中のＡはスケール板の有効移動範囲、また、位
置決め用スケール板２１における斜線の部分は位置決め
用マークが印された範囲である。 【００２９】検出装置２２により位置決め用スケール板
２１上の位置決め用マークを少なくとも１個検出する必
要があるので、検出装置２２の数が１個で、検出装置２
２がスケール板の有効移動範囲Ａの中心に配置されてい
る場合には、位置決め用スケール板２１として、同図
（ａ）に示すように、少なくとも位置決め用スケール板
２１の有効移動範囲の１／４の大きさが必要となる。ま
た、検出装置２２の数が２個で、ぞれぞれの検出装置２
２が同図（ｂ）に示すようにスケール板の有効移動範囲
Ａを３分割した位置に配置されている場合には、位置決
め用スケール板２１として、同図（ｂ）に示すように、
少なくとも位置決め用スケール板２１の有効移動範囲の
１／６の大きさが必要となる。以下同様に、検出装置２
２の個数を多くすることにより位置決め用スケール板２
１の大きさを小さくすることができる。 【００３０】なお、上記実施例では、位置決め用スケー
ル板２１をθステージ１３の裏面に取り付ける場合につ
いて説明したが、本発明においては、θステージ１３は
必ずしも必要でなく、θステージを設けない場合には、
上記位置決め用スケール板２１をＸステージ１１の裏面
に取り付ければよい。また、上記実施例では逐次露光に
おけるＸ，Ｙステージの位置決めについて説明したが、
本発明の適用対象は上記実施例に限定されるものではな
く、比較的長ストロークで高精度にＸＹステージを位置
決めする必要のある各種の装置に適用することができ
る。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
第１のステージの裏面に位置決め用マークを全面に設け
た板状部材を取り付けるとともに、上記位置決め用マー
クの位置を検出する検出手段を設け、第１、第２のステ
ージを所定量移動させたのち、上記位置決め用スケール
板に設けられた位置決め用マークの位置を上記検出手段
で検出し、検出結果に基づき位置ずれを補正するように
構成したので、高価なレーザ干渉測長器を使用すること
なく、第１、第２のステージを高精度に位置決めするこ
とができる。また、第１，第２のステージを移動させる
ボールネジやガイド等の送り機構に高精度な部品を使用
する必要がなく、装置の価格を低減化することができ
る。
光機等に使用されるＸＹステージの位置決め装置に関
し、特に本発明は、長ストロークを高精度に位置決めす
ることができるＸＹステージの位置決め装置に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】レジストを塗布したワーク上の複数の露
光区域にマスクパターンを投影して各露光区域を露光す
るため、ワークステージを移動させながら、ワークステ
ージ上に載置されたワークの各露光区域を逐次露光して
いく逐次露光が行われる。上記逐次露光において、ワー
クを第１回目に露光する際、すなわち、アライメント・
マークもマスクパターンも露光されていないワークを露
光するとき、図８に示すように、ワークＷ上の各露光区
域Ｒ１，Ｒ２，…のピッチが所定の精度内に入っている
ことが要求される。一回目の露光における上記ピッチの
精度は、第２回目以降の露光の精度に影響するので、上
記ピッチ精度も第２回目以降の露光の精度と同程度にす
る必要があり、上記ピッチ精度としては±１μｍ程度の
精度が要求される。このため、ワークを載置するワーク
ステージも上記精度内で位置決めすることが必要とな
る。 【０００３】図８は上記逐次露光方式の露光機等に使用
されるワークステージの概略構成を示す図である。同図
において、１は基台であり、基台１の上にガイド２を介
してＹステージ１２が移動可能に取り付けられており、
Ｙステージ１２の上にガイド３を介してＸステージ１１
が移動可能に取り付けられている。さらに、Ｘステージ
１１の上にθステージ１３が回転可能に取り付けられて
いる。 【０００４】４はボールネジ、５，６は駆動モータ、
７，８は駆動モータ５，６の回転量を検出するエンコー
ダであり、ボールネジ４はＸ，Ｙステージ１１，１２に
取り付けられたハウジング部材９と係合している。駆動
モータ６が回転すると、Ｙステージ１２がＹ方向に移動
し、また、駆動モータ５が回転するとＸステージ１１が
Ｘ方向に移動する。また、θステージ１３は図示しない
駆動手段によりＸステージ１１上で回転する。また、駆
動モータ５，６の回転量はエンコーダ７，８により検出
され、図示しない制御部にフィードバックされ、制御部
は上記エンコーダ７，８により検出された駆動モータ
５，６の回転量により、上記Ｘ，Ｙステージ１１，１２
の位置を制御する。 【０００５】上記したワークステージにおいて、必要な
ピッチ精度を確保するには、Ｘ，Ｙステージ１１，１２
の位置決め精度を向上させる必要がある。このため、従
来においては、次のような方法が採られていた。 （１）Ｘ，Ｙステージ１１，１２を移動させるボールネ
ジ４やガイド２，３等の送り機構の加工精度を上げて、
Ｘ，Ｙステージ１１，１２の移動精度を機械的に向上さ
せる。これにより、駆動モータ５，６の回転量に対応し
た量だけＸ，Ｙステージ１１，１２を精度よく移動させ
ることができ、駆動モータ５，６の回転量をエンコーダ
７，８により検出してフィードバック制御すれば、ワー
クステージの高精度な位置決めを実現することができ
る。 【０００６】（２）レーザ干渉計や測長ユニットを取り
付けるなどしてワークステージの高精度な位置測定を行
い、必要な精度を確保する。図９は上記レーザ干渉測長
計を用いたワークステージの位置測定方法を示す図であ
り、同図において、１０はワークステージ（同図では、
図８示したＸ，Ｙ，θステージ１１，１２，１３をまと
めてワークステージ１０として示している）であり、ワ
ークステージ１０にはミラー５１が取り付けられ、ミラ
ー５１はワークステージ１０とともに移動する。 【０００７】１は基台、５２はレーザ干渉測長器であ
り、レーザ干渉測長器から照射されるレーザビームは、
ビームスプリッタ５４、ミラー５３を介してミラー５１
で反射し、レーザ干渉測長器５２に戻り、レーザ干渉測
長器５２は照射光と反射光との関係からミラー５３とミ
ラー５１間の距離ｘ、即ちワークステージ１０のＸ軸方
向の距離を得る。また、レーザ干渉測長器５２から照射
されるレーザ光は、ビームスプリッタ５４→ビームスプ
リッタ５５を介してミラー５１で反射し、レーザ干渉測
長器５２に戻るとともに、ミラー５６を介してミラー５
１で反射し、レーザ干渉測長器５２に戻る。そして、レ
ーザ干渉測長器５２はビームスプリッタ５５とミラー５
１間の距離ｙ１、および、ミラー５６とミラー５１間の
距離ｙ２を検出し、ワークステージのＹ方向の距離を得
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した
（１）の方法で位置決め精度に上げるには次のような問
題がある。 高精度な部品を使用する必要があり、また組み立て
に精度が要求され、価格が高価になるとともに、組み立
て工数が増える。 温度変化等の影響により精度の保証が難しい。 エンコーダを設けて駆動モータの回転量を検出して
フィードバック制御をしているが、直接Ｘ，Ｙステージ
の位置を検出していないので、Ｘ，Ｙステージ位置を確
認することができない。 【０００９】また、上記（２）の方法を用いれば、０．
１μｍ程度の高精度でワークステージを位置決めするこ
とができるが、次のような問題点がある。 レーザ干渉測長器は高価なので装置が高価格とな
る。 装置の構成が複雑化する。また、光軸の調整が必要
など、メインテナンス作業が難しくなる。 本発明は上記した従来技術の問題点を考慮してなされた
ものであって、高価な測長手段を使用したり、機械的な
加工精度を上げることなく高精度な位置決めを行うこと
ができるＸＹステージの位置決め装置を提供することで
ある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、１方向にみに移動可能な第１の
ステージと、上記第１のステージを駆動する第１のステ
ージ駆動手段と、上記第１のステージ上に載置され、第
１のステージの移動方向と直交する方向に移動する第２
のステージと、上記第２のステージを駆動する第２のス
テージ駆動手段と、上記第２のステージの裏面に設けら
れ、その表面に碁盤状に設けられた複数の位置決め用マ
ークを有する板状部材と、上記位置決め用マークを検出
する検出手段と、上記第１，２のステージ駆動手段によ
り上記第１，２のステージを移動させ、第１，２のステ
ージを位置決めする制御部とからＸＹステージの位置決
め装置を構成する。そして、上記制御部が、上記第１，
第２のステージが初期位置にあるとき、上記検出手段に
より検出された位置決め用マークの位置を記憶し、上記
第１，２のステージ駆動手段により上記第１，第２のス
テージを所定量移動させたのち、上記検出手段により検
出された位置決め用マークの位置を記憶し、上記碁盤目
状に設けられた複数の位置決め用マーク間の距離と、上
記所定の移動量から移動後に位置決め用マークが位置す
べき位置を演算し、該演算により求めた位置決め用マー
クが位置すべき位置に、移動後に検出された位置決め用
マークが位置するように、上記第１，２のステージ駆動
手段により上記第１，２のステージを移動させる。 【００１１】本発明においては、上記のように、第１の
ステージの裏面に位置決め用マークを全面に設けた板状
部材を取り付けるとともに、上記位置決め用マークの位
置を検出する検出手段を設け、第１、第２のステージを
所定量移動させたのち、上記位置決め用スケール板に設
けられた位置決め用マークの位置を上記検出手段で検出
し、検出結果に基づき位置ずれを補正するように構成し
たので、前記した高価なレーザ干渉測長器を使用するこ
となく、第１、第２のステージを高精度に位置決めする
ことができる。また、第１、第２のステージの粗移動精
度としては、目的とする位置決め用マークが検出手段の
視野からはずれない程度の精度であればよいので、第
１，第２のステージを移動させるボールネジやガイド等
の送り機構に高精度な部品を使用する必要がなく、価格
を低減化することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例のワークス
テージの全体構成を示す図である。同図（ａ）は本実施
例のワークステージの斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図を示しており、同図では、Ｘ，Ｙステージを
駆動する駆動モータ等の駆動機構は省略されているが、
前記図８と同様な駆動機構を備えている。 【００１３】図１において、１は基台、１１はＸステー
ジ、１２はＹステージ、１３はθステージであり、前記
したように、基台１上にＹステージ１２がガイド２を介
して移動可能に取り付けられており、Ｙステージ１２の
上にガイド３を介してＸステージ１１が移動可能に取り
付けられている。さらに、Ｘステージ１１の上にθステ
ージ１３が回転可能に取り付けられている。そして、
Ｘ，Ｙステージ１１，１２は図示しない駆動モータによ
り駆動されて同図矢印のＸ，Ｙ方向に移動し、θステー
ジ１３は図示しない駆動モータにより駆動されて回転す
る。また、上記駆動モータの回転量は、各駆動モータに
取り付けられたエンコーダ（図示せず）により検出さ
れ、後述する制御部にフィードバックされる。 【００１４】本実施例のＸ，Ｙステージ１１，１２はそ
の中央部に空間部が設けられており、θステージ１３の
裏面には、位置決め用スケール板２１が取り付けられて
いる。また、上記位置決め用スケール板２１に対向し
て、Ｘ，Ｙステージ１１，１２の下側に、上記位置決め
用スケール板２１上に印された位置決め用マークを検出
するための検出装置２２が取り付けられている。検出装
置２２は光源２２ａと、ＣＣＤ等から構成される受像素
子２２ｂと、ハーフミラー２２ｄと、レンズ２２ｃから
構成されており、光源２２ａから出た光はハーフミラー
２２ｄ、レンズ２２ｃを介して位置決め用スケール板２
１に照射される。そして、その反射光がレンズ２２ｃ、
ハーフミラー２２ｄを介して受像素子２２ｂに入射す
る。 【００１５】上記検出装置２２の倍率は、要求される位
置決め精度により定まり、例えば、±１μｍ程度の位置
決め精度の場合には、１０倍（受像素子２２ｂにより受
像される画面が５００μｍ角）程度とするのが望まし
い。なお、同図では検出装置２２を１つ設ける場合を示
しているが、複数の検出装置を設けることができ、後述
するように検出装置に数に応じて位置決め用スケール板
２１の大きさを小さくすることができる。 【００１６】図２は本実施例のワークステージを制御す
る制御部の構成を示す図であり、同図において、２２ｂ
は上記した受像素子であり、受像素子２２ｂにより受像
された画像は画像処理装置３０で処理されモニタ３１に
表示される。コントローラ３２は上記受像素子２２ｂに
より受像された位置決め用マーク像の位置に応じて、
Ｘ，Ｙ，θステージ１１，１２，１３を駆動するための
制御信号をＸステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動
機構３３ｂ、θステージ駆動機構３３ｃに与える。 【００１７】Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆
動機構３３ｂ、θステージ駆動機構３３ｃは、前記した
Ｘステージ１１、Ｙステージ１２、θステージ１３を駆
動する駆動モータを含み、コントローラ３２から与えら
れる制御信号に応じて該駆動モータが駆動され、Ｘステ
ージ１１、Ｙステージ１２、θステージ１３が所定の位
置、角度に位置決めされる。また、上記駆動モータの回
転量はエンコーダ３４ａ，３４ｂ，３４ｃにより検出さ
れコントローラ３２にフィードバックされる。 【００１８】図３は上記位置決め用スケール板２１に印
された位置決め用マークの一例を示す図であり、位置決
め用スケール板２１には同図に示すように、その全面に
所定のピッチＸp ，Ｙp で位置決め用マークが印されて
いる。位置決め用スケール板２１は温度変化の影響が小
さい石英マスクを用いるのが望ましく、上記位置決め用
マークは電子線描画装置等を用いて正確なピッチで描画
される。なお、位置決め用マークは、同図に示すように
同一のマークでよく、位置を特定できるものであればど
のような形状のマークを使用してもよい。 【００１９】図４は検出装置２２により検出されモニタ
３１の画面上に表示された位置決め用マークを示す図で
ある。位置決め用マークのピッチＸp ，Ｙp は、同図に
示すように、モニタ３１の画角（縦横の長さ）に対して
３／４程度（例えば２００μｍのピッチ）に設定するの
が望ましく、また、位置決め用マークの大きさｘ，ｙは
上記画角の１／１０〜１／２０が望ましい。 【００２０】本発明のＸＹステージ装置は、図４に示す
ようにモニタ３１の画面上に表示される位置決め用マー
クの位置からＸＹステージの位置決めを行うので、上記
位置決め用マークをサーチする際、上記モニタ画面の中
に必要なマークが入ることが最低の必要条件となる。こ
のため、本実施例のＸＹステージの粗移動精度（直進
度、ヨーイング、ウェービング等の幾つかの要求精度を
全て含んだ位置決め精度）として、モニタ３１の画角の
１／１０程度が要求される。 【００２１】次に、本実施例のＸＹステージによるＸ，
Ｙ方向の位置決めの手順を、前記したワークの各露光区
域（以下、各露光区域をサイトという）を逐次露光して
いく逐次露光に適用した場合について説明する。なお、
以下の説明は、ワークに第１回目の露光をする場合（ワ
ーク上にアライメント・マークもマスクパターンも露光
されていないワークに露光する場合）の手順である。 【００２２】（１）図２に示したＸステージ駆動機構３
３ａ、Ｙステージ駆動機構３３ｂによりＸ，Ｙステージ
を駆動し、図１に示したθステージ１３をエンコーダ３
４ａ，３４ｂにより定まる初期位置に移動させる。 （２）θステージ１３上にワークを載置し、図示しない
露光光照射装置からマスクパターンが設けられたマスク
を介して露光光をワークに照射し、ワークの最初のサイ
トを露光する。このとき、検出装置２２により位置決め
用スケール板２１上の位置決め用マークを検出する。 【００２３】（３）図１に示した検出装置２２の受像素
子２２ｂにより受像された画像を図２に示した画像処理
装置３０に送って処理し、モニタ３１に表示する。モニ
タ３１には、例えば、図５（ａ）に示すように位置決め
用スケール板２１上の位置決め用マークが表示される。
画像処理装置３０は上記位置決め用マークのモニタ３１
上の位置（Ｘ0 ，Ｙ0 ）を記憶する。 （４）ワークの次のサイトが露光位置にくるように、Ｘ
ステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機構３３ｂに
より所定移動距離（Ｘ，Ｙ）だけＸ，Ｙステージ１１，
１２を移動させる。Ｘ，Ｙステージ１１，１２の駆動量
は前記したエンコーダ３４ａ，３４ｂにより検出され、
コントローラ３２はエンコーダ３４ａ，３４ｂのカウン
ト値が上記所定移動距離（Ｘ，Ｙ）に対応した値になる
ように、Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機
構３３ｂを駆動する。 【００２４】（５）検出装置２２により位置決め用スケ
ール板２１上の位置決め用マークを検出し受像素子２２
ｂにより受像された画像を画像処理装置３０に送って処
理し、モニタ３１に表示する。ここで、Ｘ，Ｙステージ
１１，１２の移動量は、Ｘ，Ｙステージ１１，１２を送
るボールネジ等による粗移動精度によるズレ（モニタ３
１の画角の１／１０程度）を含むので、図５（ｂ）に示
すように、モニタ３１の画面上の位置決め用マークの位
置（Ｘreal，Ｙreal）は、本来あるべき位置（ＸCOM ，
ＹCOM ）（同図の点線で示したマーク）に対してずれ
る。画像処理装置３０は上記位置決め用マークのモニタ
３１上の位置（Ｘreal，Ｙ real）を記憶する。なお、位
置決め用マークが所定のピッチ（Ｘp ，Ｙp ）で正確に
描かれているとすると、モニタ３１に表示される位置決
め用マークの位置は、設計値±粗移動精度内の範囲に入
り、粗移動精度を前記したようにモニタ３１の画角の１
／１０程度にすれば、位置決め用マークがモニタ３１の
画角から外れることはない。 【００２５】（６）上記所定移動距離（Ｘ，Ｙ）と、位
置決め用マークピッチ（Ｘp ，Ｙp ）、上記初期位置
（Ｘ0 ，Ｙ0 ）とから、位置決め用マークが本来あるべ
き位置（ＸCOM ，ＹCOM ）を画像処理装置３０により算
出する。図６は、上記位置決め用マークが本来あるべき
位置（ＸCOM ，ＹCOM ）を求める方法を説明する図であ
り、例えば、所定移動距離（Ｘ，Ｙ）＝７００、位置決
め用マークピッチ（Ｘp ，Ｙp ）＝２００のとき、初期
位置（Ｘ0 ，Ｙ0 ）と位置決め用マークが本来あるべき
位置（ＸCOM ，ＹCOM ）のズレ量は１００なので、該位
置（ＸCOM ，ＹCOM ）は同図に示すようになる。 【００２６】（７）モニタ３１上の位置決め用マークが
上記本来あるべき位置（ＸCOM ，ＹCO M ）に一致するよ
うに、Ｘステージ駆動機構３３ａ、Ｙステージ駆動機構
３３ｂによりＸ，Ｙステージ１１，１２を移動させる。 （８）図示しない露光光照射装置からマスクパターンが
設けられたマスクを介して露光光をワークに照射し、ワ
ークの次のサイトを露光する。 以下、上記（４）〜（７）の処理を繰り返し、ワークの
各サイトを逐次露光する。 【００２７】なお、モニタ３１に表示された位置決め用
マークの位置を、受像素子２２ｂの画素で決まるピクセ
ル値で補正すれば、Ｘ，Ｙステージ１１，１２を上記位
置決め用マークのピッチ（Ｘp ，Ｙp ）以下の精度で位
置決めすることができる。また、位置決め用スケール板
２１上の位置決め用マークのピッチ精度が悪い場合に
は、上記位置決め用スケール板２１に対して、本出願人
が先に提案した特願平６−１１７８７１号に示した方法
でマッピングキャリブレーションを行えばよい。 【００２８】次に、上記検出装置２２の数とスケール板
２１の大きさの関係について説明する。図７は上記関係
を示す図であり、同図（ａ）は検出装置２２を１個設け
た場合に必要とされる位置決め用スケール板２１の大き
さ、同図（ｂ）は検出装置２２を２個設けた場合に必要
とされる位置決め用スケール板２１の大きさを示してお
り、同図中のＡはスケール板の有効移動範囲、また、位
置決め用スケール板２１における斜線の部分は位置決め
用マークが印された範囲である。 【００２９】検出装置２２により位置決め用スケール板
２１上の位置決め用マークを少なくとも１個検出する必
要があるので、検出装置２２の数が１個で、検出装置２
２がスケール板の有効移動範囲Ａの中心に配置されてい
る場合には、位置決め用スケール板２１として、同図
（ａ）に示すように、少なくとも位置決め用スケール板
２１の有効移動範囲の１／４の大きさが必要となる。ま
た、検出装置２２の数が２個で、ぞれぞれの検出装置２
２が同図（ｂ）に示すようにスケール板の有効移動範囲
Ａを３分割した位置に配置されている場合には、位置決
め用スケール板２１として、同図（ｂ）に示すように、
少なくとも位置決め用スケール板２１の有効移動範囲の
１／６の大きさが必要となる。以下同様に、検出装置２
２の個数を多くすることにより位置決め用スケール板２
１の大きさを小さくすることができる。 【００３０】なお、上記実施例では、位置決め用スケー
ル板２１をθステージ１３の裏面に取り付ける場合につ
いて説明したが、本発明においては、θステージ１３は
必ずしも必要でなく、θステージを設けない場合には、
上記位置決め用スケール板２１をＸステージ１１の裏面
に取り付ければよい。また、上記実施例では逐次露光に
おけるＸ，Ｙステージの位置決めについて説明したが、
本発明の適用対象は上記実施例に限定されるものではな
く、比較的長ストロークで高精度にＸＹステージを位置
決めする必要のある各種の装置に適用することができ
る。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
第１のステージの裏面に位置決め用マークを全面に設け
た板状部材を取り付けるとともに、上記位置決め用マー
クの位置を検出する検出手段を設け、第１、第２のステ
ージを所定量移動させたのち、上記位置決め用スケール
板に設けられた位置決め用マークの位置を上記検出手段
で検出し、検出結果に基づき位置ずれを補正するように
構成したので、高価なレーザ干渉測長器を使用すること
なく、第１、第２のステージを高精度に位置決めするこ
とができる。また、第１，第２のステージを移動させる
ボールネジやガイド等の送り機構に高精度な部品を使用
する必要がなく、装置の価格を低減化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のワークステージの全体構成を
示す図である。 【図２】本発明の実施例の制御部の構成を示す図であ
る。 【図３】位置決め用スケール板に印された位置決め用マ
ークの一例を示す図である。 【図４】モニタの画面上に表示された位置決め用マーク
を示す図である。 【図５】本発明の実施例の位置決め手順を説明する図で
ある。 【図６】位置決め用マークが本来あるべき位置を求める
方法を説明する図である。 【図７】検出装置数とスケール板の大きさの関係を説明
する図である。 【図８】従来のワークステージの概略構成を示す図であ
る。 【図９】レーザ干渉測長計を用いたワークステージの位
置測定方法を示す図である。 【符号の説明】 １ 基台 ２，３ ガイド １０ ワークステージ １１ Ｘステージ １２ Ｙステージ １３ θステージ ２１ 位置決め用スケール板 ２２ 検出装置 ２２ａ 光源 ２２ｂ 受像素子 ２２ｄ ハーフミラー ２２ｃ レンズ ３０ 画像処理装置 ３１ モニタ表示 ３２ コントローラ ３３ａ Ｘステージ駆動機構 ３３ｂ Ｙステージ駆動機構 ３３ｃ θステージ駆動機構 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ エンコーダ
示す図である。 【図２】本発明の実施例の制御部の構成を示す図であ
る。 【図３】位置決め用スケール板に印された位置決め用マ
ークの一例を示す図である。 【図４】モニタの画面上に表示された位置決め用マーク
を示す図である。 【図５】本発明の実施例の位置決め手順を説明する図で
ある。 【図６】位置決め用マークが本来あるべき位置を求める
方法を説明する図である。 【図７】検出装置数とスケール板の大きさの関係を説明
する図である。 【図８】従来のワークステージの概略構成を示す図であ
る。 【図９】レーザ干渉測長計を用いたワークステージの位
置測定方法を示す図である。 【符号の説明】 １ 基台 ２，３ ガイド １０ ワークステージ １１ Ｘステージ １２ Ｙステージ １３ θステージ ２１ 位置決め用スケール板 ２２ 検出装置 ２２ａ 光源 ２２ｂ 受像素子 ２２ｄ ハーフミラー ２２ｃ レンズ ３０ 画像処理装置 ３１ モニタ表示 ３２ コントローラ ３３ａ Ｘステージ駆動機構 ３３ｂ Ｙステージ駆動機構 ３３ｃ θステージ駆動機構 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ エンコーダ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05D 3/00 - 3/20
B23Q 1/00 - 1/30
B23Q 5/00 - 5/58
B23Q 15/00 - 15/28
H01L 21/30
H01L 21/68
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 １方向にみに移動可能な第１のステージ
と、 上記第１のステージを駆動する第１のステージ駆動手段
と、 上記第１のステージ上に載置され、第１のステージの移
動方向と直交する方向に移動する第２のステージと、 上記第２のステージを駆動する第２のステージ駆動手段
と、 上記第２のステージの裏面に設けられ、その表面に碁盤
状に設けられた複数の位置決め用マークを有する板状部
材と、 上記位置決め用マークを検出する検出手段と、 上記第１，２のステージ駆動手段により上記第１，２の
ステージを移動させ、第１，２のステージを位置決めす
る制御部とを備え、 上記制御部は、上記第１，第２のステージが初期位置に
あるとき、上記検出手段により検出された位置決め用マ
ークの位置を記憶し、 上記第１，２のステージ駆動手段により上記第１，第２
のステージを所定量移動させたのち、上記検出手段によ
り検出された位置決め用マークの位置を記憶し、上記碁
盤目状に設けられた複数の位置決め用マーク間の距離
と、上記所定の移動量から移動後に位置決め用マークが
位置すべき位置を演算し、 上記演算により求めた位置決め用マークが位置すべき位
置に、移動後に検出された位置決め用マークが位置する
ように、上記第１，２のステージ駆動手段により上記第
１，２のステージを移動させることを特徴とするＸＹス
テージの位置決め装置。
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26041196A JP3480192B2 (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | Ｘｙステージの位置決め装置 |
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